基于线结构光的盾尾间隙测量方法研究

作     者：程二静 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄喆

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：盾尾间隙 线结构光 坐标测量 机器视觉 

摘      要：随着我国经济的快速发展,地下轨道交通建设需求越来越大。盾构法因其施工速度快、劳动强度低、施工安全指数高等特点被广泛应用于我国地下轨道交通建设中。在盾构施工过程中,盾尾内壁与管片外壁之间的间隙被称为盾尾间隙。盾尾间隙是管片选择的重要依据,若间隙超出设计范围,轻则增加盾构机向前掘进的阻力,降低掘进速度,重则盾尾会挤压管片,造成隧道渗漏水或地表沉降等事故。因此,为了保证盾构施工质量和安全,需对盾尾间隙进行实时测量。目前,现有测量系统的测量精度、稳定性等无法满足现场施工要求,因此基于上述问题,本文设计了一种基于线结构光的盾尾间隙测量系统,该系统具有结构简单、测量精度高、抗干扰能力强等特点,能够满足盾构施工需求,提高了盾构施工的自动化程度和施工效率。本文主要研究内容如下:1.分析了国内外应用比较广泛的盾尾间隙测量方法和线结构光测量方法,并介绍了盾构施工工艺。针对现场盾构施工特点对盾尾间隙测量需求进行分析,并提出了基于线结构光的盾尾间隙测量方法。2.深入研究了测量系统标定的关键技术。对相机成像原理和常用相机内参数标定方法进行研究,并利用棋盘格标定法对相机内参数进行解算。利用图像处理方法对光条图像进行处理并获取光条信息,根据光条信息结合光平面标定算法实现光平面方程参数的精确解算。3.根据施工特性对盾尾间隙测量系统进行总体设计。完成了视觉传感器选型和线激光器选型,并对视觉测量系统和一体化控制盒结构进行设计。参考工控机技术参数完成系统的软件设计,并根据线激光器在盾尾间隙端面的成像特点设计了一种图像识别算法。4.利用3D建模软件构建盾尾间隙仿真模型,验证了测量方法的可行性和正确性。为验证系统在实际应用中的测量精度,分别在实验室和盾构施工现场开展了测量重复性实验和绝对测量实验。实验表明:盾尾间隙的重复性测量精度优于0.3mm,绝对测量精度优于1.7mm,满足现场测量需求。